从壳幔地震各向异性初探华北地区壳幔耦合关系

根据首都圈地震台网、国家地震台网、IRIS台站资料, 并比较了流动的华北地震台阵部分台站资料的结果, 利用地震各向异性分析, 得到减少局部构造影响后的华北地区(至少是华北地区北部)的地壳背景水平主压应力方向为北东95.1°±15.4°, 穿透壳幔的SKS分裂的快剪切波偏振平均值为北东110.2°±15.8°. 而台站分析也显示, 地壳内近场资料的快剪切波偏振与SKS快剪切波偏振总是相差十几度以上. 不同周期下的Rayleigh面波相速度方位各向异性快波优势方向也同样揭示出随深度增加快波优势方向的变化. 这个特征暗示华北地区的壳幔耦合关系可能既不是简单的壳幔解耦型, 也不是壳幔强耦合型, 可能是两种模式共存的不均匀分布, 或者是物理性质介于两者之间的渐变模式. 研究表明, 在分析穿透整个岩石圈的SKS分裂和地表的GPS观测的基础上, 增加揭示地壳各向异性的近场资料剪切波分裂, 结合面波的方位各向异性, 可以更准确地多方位刻画壳幔各向异性性质, 进而探讨壳幔的耦合关系.     

从龙门山地质地貌分段性探讨芦山地震与汶川地震的关系*

在龙门山中、北段发生汶川Ms8.0级特大地震5年之后,2013年4月20日在龙门山南段发生了芦山Ms7.0级地震。基于芦山地震基本特征及其所处的龙门山断裂带的构造特征、地貌水系特征、重力异常分布特征,分析芦山地震发生的区域地质背景,并探讨2013年芦山地震与2008年汶川地震之间的关系。初步获得以下认识：①芦山地震并不是汶川地震的余震,它们是两次独立的地震,芦山地震与汶川地震具有一定的关联性,汶川地震可能促进了芦山地震的发生;②下地壳流向上仰冲可能是芦山地震和汶川地震共同的成因机制,这一成因机制可以很好地解释汶川地震与芦山地震之间的空区;③龙门山南段在山前发育多条断裂和褶皱带,使得这一地区由北西向南东的应力在山前多个断裂和褶皱带得到一定的释放,因此不具备发生类似汶川地震这样特大地震的构造条件。     

汶川地震对芦山地震孕震环境影响的数值模拟

利用有限元数值模拟方法,以汶川地震和芦山地震的野外地质调查、同震位移和汶川地震前形变观测结果为约束,分析研究了高海拔地形蓄积的重力位能作用下,中地壳低速层的存在以及中央断裂和前山断裂同时破裂的条件下汶川地震的发生对龙门山南段孕震环境的影响.模拟计算结果显示,在一定的模型壳幔介质属性及空间结构下,龙门山断裂带西侧低速层的存在、青藏高原向四川盆地过渡带的地形特征以及汶川地震时中央断裂和前山断裂同时破裂的条件,是控制汶川地震对芦山地震孕震环境影响程度的重要因素.其中,地形和低速层对汶川地震引发的芦山地震孕震环境库仑破裂应力变化的影响最为显著,在所选剖面的北东段,地形特征的影响更为明显,而汶川地震双破裂面的影响则较小.     

2008年汶川8.0级特大地震孕育和发生的多单元组合模式

2008年5月12日四川省汶川县境内发生8.0级特大地震. 这次逆冲型地震发生在大陆内部的高角度逆冲断裂之上, 与有历史记载以来所发生的逆冲型特大地震是不同的. 通过对汶川地震的地表破裂、震源机制、余震定位、地震破裂过程、同震地壳形变、强地面运动等的综合研究, 认为汶川特大地震的孕育和发生是3个地质单元共同作用的结果. 川西高原作为变形单元震前发生长期持续的变形, 并且将变形转换为积累在龙门山断裂带的应力; 龙门山断裂带作为闭锁单元震前变形缓慢但积累很大的应力, 当其超过断裂的摩擦强度或岩体的破裂强度时就突发破裂, 形成地震, 释放出巨大的能量; 四川盆地作为支撑单元对川西高原和龙门山的向东运动产生阻挡, 是汶川地震孕育不可缺少的元素. 汶川地震的孕育和发生可以用多单元组合模型来理解.     

从汶川地震到芦山地震

正汶川地震和芦山地震都发生在龙门山构造带,间隔时间不到五年,两者之间是否有关联,芦山地震是否为汶川地震的余震,汶川地震是否诱导了芦山地震,未来龙门山构造带还有哪里会发生类似的地震等,这些问题都亟待研究解答。五年之内,四川龙门山区域发生两次强地震。地震带来的不只是巨大的创伤,更有对民众心理的冲击、对科学家公信力的质疑,以及对政府应急能力的考验。汶川地震以来的五年,对抗震救灾有许多总结,对地震本身有许多研究,但对灾害何以如此严重,对如此大的地震为什么没能预见到等问题,却很少有深刻的反思。"多难兴邦","难"本身不能兴邦,但"难"可以为我们提供反思与进步的机遇,能从中吸取足够的经验和教训。地震是一个自然现象,但地震带来的不只是自然科学     

利用剪切波各向异性推断地壳主压应力场: 以首都圈地区为例

地壳中存在大量定向排列的微裂隙, 复杂的断裂构造和应力场控制了微裂隙的结构, 剪切波分裂可以揭示这种特性. 利用中国目前规模最大密度最高的区域地震台网CASN (首都圈地震台网), 通过剪切波分裂分析, 根据快剪切波偏振特性获得首都圈地区的主压应力场分布. 本研究得到首都圈地区的主压应力背景是北东85.7° ± 41.0°. 通过对比其他研究方法得到的华北地区主压应力场结果, 证明本研究得到的首都圈地区的主压应力场分布图像是可靠的. 虽然这是第一次尝试通过地震各向异性推断地壳应力场, 但结果表明该方法有效, 适用于地震台网密集分布的地区.     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

汶川地震对龙门山地区平通河河流系统沉积物输移的影响

通过对龙门山地区2008年9月和2010年8月发生的大规模的滑坡和泥石流地质灾害的实地考察,并在详细分析龙门山北段平通河地震前后输沙率变化情况的基础上,对龙门山地区2008年汶川地震驱动的地质灾害空间分布情况、龙门山地区地形地貌特征和龙门山地区降水空间分布情况作对比分析,获得以下认识：①汶川地震对该区地质灾害的影响将是持续的,震后地质灾害形成的松散物源将以河流为载体,被输送到下游,并对下游水利建设、防洪防涝等产生较大影响;②构造因素（汶川地震）和地形地貌因素为地质灾害发生的根本原因,气候（降水量和降水强度）则为直接诱发因素。     

雅安·汶川·地震——访中国科学院院士、发展中国家科学院院士陈运泰教授

2013年4月20日,我国雅安芦山地区发生7.0级地震,这是继汶川地震后,四川境内发生的又一次大地震,引起了民众的广泛关注.为此,本刊记者采访了著名地球物理学家、中国科学院院士、发展中国家科学院院士陈运泰教授,请他为大家解读雅安芦山地震引人关注的问题.问:汶川大地震后,时隔5年,雅安芦山地区再次发生地震,请问四川为什么地震多发? 陈院士:不单是四川,云南、青藏高原等地都是地震活动的多发地区.四川处在青藏高原的东北,以龙门山为例:龙门山东面是成都平原,西面是松潘-甘孜地块.龙门山之所以会隆起,是因为印度板块朝北偏东的方向相对于欧亚板块运动.这个运动造成了喜马拉雅山,造成了青藏高原.当喜马拉雅山升高到现在的海拨8000多米,当青藏高原升高到现在的五六千米的时候,便逐渐地慢了下来,不再像原来那样快地隆升.可是,一方面,印度板块还继续向北偏东的方向运动;另一方面,印度板块和喜马拉雅山下地壳中可以缓慢流动的物质在北面受到昆仑山断裂带的阻拦,所以只能被迫改变方向,向东偏南方向运动,并且带动其上的地块向东偏南方向运动.     

四川芦山7.0级强震:一次典型的盲逆断层型地震

芦山地震区发育着龙门山推覆构造带南段大邑隐伏断裂、双石-大川断裂、盐井-五龙断裂、耿达-陇东断裂等活动断层.地震现场应急科学考察表明,沿这些活动断层及其邻近地段没有发现明显的地震地表破裂带,地表可见到一些脆性水泥路面挤压破裂现象,说明在双石镇、太平镇、龙门乡、隆兴乡等地存在着NW-SE向局部的地壳缩短,结合余震的空间分布特征、震源机制解等资料,推测芦山地震属典型的盲逆断层型地震.龙门山推覆构造带尚未发生历史地震破裂的地震空段应引起有关部门高度重视.     

近场地震快慢横波到时差测量离散辨析和改正

快慢横波到时差是地震物理预报的重要线索之一.长期以来由于快慢横波到时差的较大离散,横波观测到时差变化与地震发生过程中应力变化之间无法建立能被绝大多数观测结果证实的物理联系.快慢横波测量离散既可能来自观测台站下方地层结构和介质的各向异性差异,也可能来自数据处理过程.本文利用新西兰南岛北部KHZ台站从2013年1月到2017年1月的单台近震数据,在观测台站底部介质物性和结构基本稳定的前提下,基于横波偏振矢量分析和可视化方法对横波数据进行处理,对横波处理过程中引起快慢横波倒时差测量离散的频率滤波、距离归一化因素进行了逐一的对比,并对台站下方介质各向异性分层可能引起的多次分裂所表现出来的"假离散"现象进行了分析,由此给出了改正横波测量离散的方法.用"有效震源距"作为到时差归一化路径长度得到的横波归一化到时差随震源距变化的关系图清晰地展示出7.8级地震前后应力变化的空间范围和影响程度,是较大地震前后观测地区存在应力积累的明确标识.给出了确定横波分裂界面深度的方法,得到了新西兰南岛北部KHZ台站下3个横波分裂界面深度.     

汶川大地震·成都

5.12汶川大地震发生后,人们十分关心一个问题:位于龙门山附近的成都市区距离震中比北川、青川近得多,为什么几乎毫发未伤? 这首先要从发震构造说起.成都市区在成都平原东缘,虽然平原内也有两条小断层,但它们和龙门山断裂带没有直接连通的关系,不会因为龙门山中发生地震而直接受影响.     

21世纪以来青藏高原大震前重力变化

青藏高原自21世纪以来连续发生了多次大震:2001年昆仑山口西8.1级、2008年新疆于田7.3级和四川汶川8.0级、2010年青海玉树7.1级、2013年四川芦山7.0级地震、2014年新疆于田7.3级和2017年四川九寨沟7.0级大震.这些地震前,中国地震局在青藏高原开展过多期流动重力观测,并观测到震中附近可靠的重力随时间的变化.本研究综合利用地面绝对重力、相对重力资料,通过对多种重力观测资料的整体处理分析,研究了青藏高原区域重力场变化及其与大震发生的关系.结果表明:(1)大震易发生在与构造活动块体边界有关联的重力变化正、负异常区过渡的高梯度带上,重力变化等值线的拐弯部位,构造活动块体边界是物质变迁和构造变形差异运动强烈的地带,易产生剧烈重力变化,积累应力应变而孕育地震.(2) 2001年昆仑山口西8.1级地震发生在重力变化高梯度带与东昆仑断裂带交汇附近, 2008年汶川Ms8.0和2013年芦山Ms7.0地震发生在龙门山断裂带的重力变化高梯度带上, 2008和2014年两次于田Ms7.3地震发生在与康西瓦断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线及梯度带的拐弯部位,2010年玉树7.1级地震发生在重力变化高梯度带与甘孜-玉树断裂上, 2017年九寨沟7.0级地震发生在具有显著重力变化的塔藏断裂和岷江断裂构造活动断裂带附近.(3)重力资料对青藏高原2001年以来发生的7次大震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.根据重力资料显示的异常变化,对2008年于田Ms7.3和汶川Ms8.0、2013年芦山Ms7.0、2014年于田Ms7.3和2017年九寨沟Ms7.0地震均进行了较准确的中期预测,尤其是震中位置的判定.     

汶川-映秀M_S8.0地震的地球物理场与动力过程

汶川-映秀M_S8.0大地震发生在当今构造、地震远不如相邻地带的龙门山断裂系上,震间和震后在地表形成了一条长300 km,宽近80 km,发生了70000多次余震的长廊地带,造成了严重的地表破坏和大量人员伤亡,而震前却未见到可视为与大地震发生与发展有因果关系的征兆现象,可是大地震就在这里发生了.多年的研究表明,这次M_S8.0大地震的发生乃是由于印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压,且东构造结向北"顶进"插入青藏高原东北缘力系作用下导致的该区构造、地震均强烈活动,在此背景下:(1)高原腹地壳、幔物质向东运移受阻、应力集中,深部物质重新分异、调整,物质与能量进行强烈交换;(2)震源深处介质属性与结构变异、破裂,且导致重力场的高度不均衡;(3)川西高原,相对低速壳、幔物质在坚硬的四川盆地壳、幔物质阻隔下,沿龙门山陡峭主断裂面相上逆冲,并在龙门山3条不同角度西倾断裂向下收敛处强烈碰撞;(4)震源深处汇聚断裂的形成构成了汶川-映秀M_S8.0大地震的发震断裂.     

汶川地震给我们的警示

正2018年是"5·12"汶川MS8.0地震十周年,10年前这场突如其来的灾难造成69227人死亡,37万余人受伤,近2万人失踪,经济损失超过8000亿元.汶川地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,地震发生后,全国人民万众一心,投入到艰巨的抗震救灾斗争中,汶川灾后重建工作取得了举世瞩目的成就.经过对汶川地震十年的持续探究,国内外地震工作者在区域地震地质构造、震后应力变化和恢复及其对邻区构造环境的影响等方面研究取得了一系列新     

渤海海域郯庐断裂带的地震层析成像特征

渤海是连接郯庐断裂带辽宁段和山东段的重要区域,利用地震层析成像方法重建三维P波速度模型,展示了渤海海域地壳和上地幔结构的变化,揭示出郯庐断裂带的深部构造特征以及与构造活动的关系.分析表明,渤海海域的地壳结构存在明显的横向非均匀性:在辽东湾及渤海中部,郯庐断裂带附近的地壳具有双层结构,浅部为低速沉积层,地壳中、下部速度偏高,未见壳内低速层,显示了相对稳定的地壳结构特征,与现今较弱的地震活动相吻合.在渤海南部及莱州湾,郯庐断裂带受张家口-蓬莱断裂带的影响较大,全新世以来的构造活动使得这一地区的地壳结构极为复杂,成为地震活动频繁发生的重要原因之一.此外,渤海海域地壳中、下部和上地幔平均速度偏低,推测与华北克拉通破坏及地幔上涌存在一定的联系.地幔热流物质有可能沿郯庐断裂带形成的通道向上侵入,在地壳底部冷却后形成高速薄层,对于强化壳幔边界、减缓断裂带的构造活动起到了一定作用.     

汶川M_S8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据.已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90km的地表破裂带.在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡,获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上,对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测,得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5)m,右旋位移量约为(2±0.5)m.尽管沙坝村一带地表表现为正断层,但与其他地段的同震变形一致,表现为断层西北盘上升,不存在一般正断层上盘重力下滑迹象;这些说明,(9±0.5)m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

汶川地震破裂近场震后变形观测及其意义

汶川地震破裂带上的近场震后变形, 是一种震后的蠕滑行为, 而且大部分表现为与同震滑移的方向相反. 地震断层的活动通常划分成震前、同震、震后和震间4个阶段, 反映了一次地震从孕育、发生到结束的整个演化过程, 而不同活动阶段的变形特征反映出不同的应力状态和力学性质. 汶川地震沿龙门山断裂带形成了两条长分别为250和72 km的地表破裂带. 为了了解汶川地震地表破裂带的震后变形特征, 对中央主破裂带上人为破坏较轻的断层崖或断层挠曲崖进行反复测量, 结果显示在19个观测点中, 13个观测点(68%)的断层崖或断层挠曲崖的高度(垂直同震位移)震后降低回落, 平均降低了9.7%; 5个观测点(26%)没有发生变化; 1个观测点(6%)的在震后继续抬升, 抬升了12.8%, 而且该观测点位于中央主破裂带的南西端部. 尽管这种变化中存在着上冲断层盘虚假抬升后压实回落的影响, 但主要是沿汶川地震破裂带发生的震后滑移造成的, 而且大部分震后滑移(68%)与同震滑移的方向相反. 除破裂端部存在同震位移亏损, 弹性能释放不完全外, 其他部位同震位移要么与震间累积达到平衡, 要么过冲产生能量亏损, 揭示了汶川地震的能量可能基本释放完全, 发生7级以上强余震的可能性不大. 此外, 这种震后变形特征还告诉我们, 在进行活动断层构造地貌研究时, 特别是通过断层崖高度(或其他水平位错量)判断断层运动速率和估计古地震事件大小时, 除侵蚀作用产生的误差外, 还需要考虑10%左右来自震后滑移的系统误差.     

汶川MS8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据. 已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90 km的地表破裂带. 在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡, 获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上, 对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测, 得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5) m, 右旋位移量约为(2±0.5) m. 尽管沙坝村一带地表表现为正断层, 但与其他地段的同震变形一致, 表现为断层西北盘上升, 不存在一般正断层上盘重力下滑迹象; 这些说明, (9±0.5) m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

流体地球化学进展及其在地震预测研究中的应用

地震预测是仍未解决的世界性难题.流体地球化学是地震预测的潜在手段之一,近年来得到了较为广泛的认可与运用.地震的孕育和发生过程始终伴随着地下物质运移、能量传输和条件改变,从而导致流体中元素和同位素的迁移与演化,进而形成地表可观测到的流体地球化学异常.活动断裂带是地震多发区,同时也是深部流体运移和释放的有利通道.活动断裂带流体的地球化学特征对地壳应力、温压条件和渗透率的变化极其敏感,可以作为指示构造或地震活动的良好指标.流体地球化学与断裂活动的密切关系使得流体地球化学不仅在地震预报中发挥着重要作用,也是解释地震过程中物质来源、能量交换和条件变化的有效手段.此外,新的地球化学分析技术的迅速发展,使其在研究地震前兆机理和地震物理过程中发挥越来越重要的作用.本文在综述近年来流体地球化学在地震预测领域研究进展的基础上,结合自身团队的研究结果和认识,提出未来地震地球化学研究的发展方向.